关键词：粮食码头；平房仓；爆炸性环境；粮食粉尘 ；防爆设备；EPL
1 引言
随着社会的发展，全球出现了许多基础设施综合服务商，而中国交通建设股份有限公司（简称中国交建）作为其中之一在全球占据领先地位。作为全球最具规模的港口设计、建设集团，中国交建在“十三五”发展计划中提出以“五商中交” 为战略指引，在“十三五”发展计划的后期核心业务要首先达到世界顶级企业的水准。中交第四航务工程勘察设计院有限公司（简称中交四航院）是中国交建的全资子公司，而港口设计作为中交四航院的传统核心业务在集团“十三五”发展的总体目标中发挥重要作用。以下笔者以港口设计为例，对广州某粮食码头平房仓的电气设计措施进行归纳总结，浅析粮食码头平房仓爆炸危险环境电气设计要点及注意事项。
2 项目概况
本项目为广州某港区粮食通用码头9#仓库工程，总建筑面积11743.2平方米，其中地上1层，主要为散装粮食平房仓，仓库分成三个防火分区，建筑高度13.4米，粮食堆高为7米，仓库净高要求为12米。仓库为丙类（火灾危险性分类）、二级（建筑耐火等级）。本工程抗震设防烈度为七度，结构形式采用门式刚架结构。9#仓库的220/380V低压进线电源引自港区已建SS1变电所。
3 爆炸性环境的区域划分
在散装粮食平房仓中，可燃性粉尘会出现在粮食的运输、储藏的过程，而爆炸性粉尘混合物环境就是在这个过程中由可燃性粉尘与空气混合形成的。为了确保人身和财产的安全，我们必须根据规范要求对粮食平房仓进行爆炸性粉尘环境危险区域划分，并针对不同区域采取相应的措施。
根据规范GB50058-2014中4.2~4.3章节规定，散装粮食平仓房室内属于一级释放源。因为根据业主工作计划安排的不同，粮食平房仓在正常运作的时候，室内可能会周期性的释放出爆炸性粉尘，也可能偶尔才释放出爆炸性粉尘。再结合规范4.2.4章节要求，室内区域属于爆炸危险区域的21区。同理，仓库门、窗户外的3m范围内的室外区域应按22区考虑。因为在仓库正常运作时，爆炸性粉尘一般不可能在该区域中释放，即使释放持续时间也是短暂的。
4 爆炸性环境的电气设计措施
4.1电气设备布置
粮食平房仓中电力设备、配电线路应尽量布置在爆炸性环境以外，如仓库的动力配电箱、照明配电箱等可以设置在室外仓库门、窗户外的3m范围外的非爆炸性环境内。对于一些必须要设置在爆炸性环境内的电气设备，应避免设置在爆炸危险性较大的场所，且设备的数量应在满足需求前提下按数量最少的原则设置。如在爆炸性粉尘容易积聚的地点不建议布置插座，在气流容易冲击的位置不建议布置照明灯具。
结合以上设计要点及业主需求，本项目在每个防火分区的外墙非爆炸性环境处各设置一个动力配电箱、照明配电箱。在每个动力配电箱设置常用的工业插座（IP65防水、防尘）供检修及作业的用电设备使用。每个仓库的防爆风机启停按钮集中设置在室外动力配电箱处，在非爆炸性区域控制风机的启停。本工程仓库照明灯具的数量按30lx~50lx的平均照度要求设置，灯具的安装位置需要避开气流容易冲击的位置并远离粉尘释放源，并且灯具距离粮面的净距要大于1米。根据的粮食堆高7米及仓库净高要求12米，灯具安装高度定为灯具底边距地12.5米，并在室外照明配电箱处集中设置灯具控制按钮。
4.2电气设备选择
设置在非爆炸性环境处的动力配电箱、照明配电箱不需要采用防爆设备，仅需要满足室外IP65的防水、防尘要求即可。设置在22区的电动卷帘门控制箱、21区的照明灯具则需要满足规范要求的防爆要求。根据规范GB 50058-2014中5.2章节的规定，在粮仓中22区的EPL（防爆电气设备保护级别）可选择Da、Db或Dc型设备，21区的防爆电气设备的EPL可选用Da或Db。且根据上述规范附录E的规定，粮食的粉尘分级为ⅢB（非导电性粉尘），因此防爆电气设备类别可采用ⅢB或ⅢC。此外在规范AQ 4230-2013的6.9章节中，也对于粮食粉尘直接接触的电气设备的表面温度提出了明确要求，其中对于无过负荷的电气设备，当粮食粉尘引燃的温度级别为T2时，电气设备表面的温度不允许超过215℃；当温度级别为T3时，温度不允许超过160℃。对于有认可的过负荷电气设备，当粮食粉尘引燃的温度级别为T2时，电气设备表面的温度不允许超过190℃；当温度级别为T3时，温度不允许超过145℃。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆综上所述并结合规范GB 17440-2008第6.2章节的规定，本工程22区采用DIPB22T3，T3防爆设备，21区采用DIPB21T3，T3防爆设备，其中DIP为粉尘防爆类型。
需要注意爆炸性危险环境配电回路的断路器应具备过载、短路、接地保护功能，但是采用本质安全防爆设备的配电回路除外，而且有些不会产生过载的配电回路也可以不设置过载保护。爆炸性环境的电动机的配电回路要设置断相保护装置，也要设置国家相关规范的要求的其他保护装置。假如电气设备引燃危险比自动断电引起危险更小时，则不采用自动断电装置而采用报警装置。在粮食仓库的21区、22区内不宜使用移动式的电气设备，当不可避免必须要使用移动式电气设备，其配电线缆必须采用YC或YCW橡胶电缆。
4.3电气线路设计
在粮仓爆炸性环境内，配电线路的电线或电缆的额定电压不得小于工作电压。中性线与相线应敷设在同一护套/保护管内,且他们的额定电压应相等。在爆炸环境内不允许配电线路无护套敷设，但是在接线箱、配电箱、金属管配线系统内除外。根据规范GB 50058-2014中5.4章节要求，敷设在21区、22区里并有剧烈震动区域的回路都必须采用铜芯绝缘电线/电缆。根据《粮食平房仓粉尘防爆安全规范》AQ 4230-2013中6.6章节规定，仓库内的线缆应采用铜芯绝缘线缆并穿钢管敷设。综上所述，本项目配电线路采用铜芯绝缘电线/电缆并采用电缆桥架、焊接钢管敷设。此外，规范GB 50058-2014里面的5.4章节对爆炸性环境钢管配电线路的线缆截面及螺纹旋合也有特别要求。例如在22区内，电力线路的铜芯电线/电缆截面积S≥2.5mm2，照明/控制线路的铜芯电线/电缆截面积S≥1.5mm2；在21区内，电力/照明/控制线路的铜芯电线/电缆截面积S≥2.5mm2。同时规范规定钢管的螺纹旋合在21区、22区里均应大于或等于5扣。而根据规范GB 17440-2008中6.3章节要求，接线盒、分支盒在22区内须采用DIP型（粉尘防爆型）并达到IP5x的防护等级，在21区内则须采用DIP型并满足IP6x/IP5x的防护等级。
由于本项目分成三个防火分区，需注意当钢管、电缆桥架穿越不同防火分区之间的隔墙时应采用防火封堵材料严密封堵。除了防火封堵钢管配线也必须进行隔离密封，特别是在爆炸性危险环境之间相连的区域，或者是爆炸性危险环境与非爆炸性危险环境之间相连的区域。密封内部应采用纤维作为填充层，填充层的厚度应大于或等于钢管的内径并不小于16mm。切记线缆的连接及分线严禁借用上述隔离密封的部位。配电线缆在21区内严禁有中间接头，注意线缆如果为绞线，线缆终端必须采用接线鼻子/定型端子连接。
4.4防雷接地设计
本项目采用TN-S系统。利用粮仓的金属屋面作为接闪器，其中屋面采用的是0.6mm厚的夹芯压型钢板，满足防雷规范的材质及厚度要求。防雷引下线可采用粮仓周边的结构钢柱，而粮仓的基础梁钢筋及桩基础钢筋分别作为水平、垂直接地体。本工程的强弱电系统的防雷接地、工作接地、保护接地、防静电接地共用接地装置，其中接地电阻≤1欧姆。在总配电箱电源进线处设置MEB（总等电位联结端子箱）用于总等电位联结。为了确保所有设备的外露可导电部分在爆炸危险环境内均能可靠接地，在粮食仓库的每个防火分区内设置LEB（局部等电位端子箱）。
在粮仓爆炸危险环境中有些电气设备必须采用专用的接地线，如21区内的全部电气设备，如22区内除灯具外的其余电气设备。此外当相线与接地线敷设在同一根套管内时，他们的绝缘等级应该是相等的。根据规范要求，在22区内有可靠电气连接的金属管道可作为灯具的接地线，但是输送可燃物质的管道除外，出于可靠性考虑本项目的灯具采用铜芯线缆作为接地线。关于防静电接地这里有个需要特别注意的地方，在粮食仓库的21区、22区内，如果存在可能产生静电危险的设备或管道，应采取防静电接地措施，而且所有的设备跟管道都必须单独与接地体相连，严禁串联在一起与接地装置连接。
5 结束语
综上所述，粮食码头平房仓爆炸危险环境电气设计涉及到粮食生产、转运或贮存过程中的人身和财产的安全，电气设计师在设计过程应该贯彻预防为主的方法并注意以下设计要点。首先，电气设计应严格遵守国家及行业现行的规范标准规定的防止粮食粉尘爆炸的技术要求，并遵循整体设防的原则。其次，电气设计应与建筑、结构、工艺、暖通、给排水等其他专业设计相互结合。最后，电气设计必须做到安全可靠、经济适用、技术先进。
参考文献
[1] 《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB 50058-2014
[2] 《粮食加工、储运系统粉尘防爆安全规程》GB 17440-2008
[3] 《粮食平房仓设计规范》GB 50320-2014
[4] 《粮食平房仓粉尘防爆安全规范》AQ 4230-2013
[5] 刘章明. 爆炸性环境中电气设计的要点分析[J].水利电力,2017(2):202,204.
论文作者:吴亮宇
论文发表刊物:《中国电业》2019年21期
论文发表时间:2020/3/10
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